《軟件無線電》-第八章

第八章軟件無線電在無線工程中的應用8.6軟件無線電在武器平臺中的應用：綜合一體化8.7軟件無線電在電視中的應用——“軟件電視”上一頁8.1軟件無線電在軍事通信中的應用軟件無線電這個術語最旱是在軍事通信領域提出的。美軍為了解決海灣戰爭中多國部隊各軍種進行聯合作戰時所遇到的互通、互聯、互操作(簡稱“三互”)問題提出了軟件無線電(SoftwearRadio)的新概念。因為以往的軍事通信裝備無論是工作頻段，還是信息傳輸格式或者是通信體制，陸、海、空三軍均各自為政，互不兼容，導致在聯合作戰時各軍種間無法進行快速溝通、互傳信息情報，結果是名義上的聯合作戰，而實際上只是各軍種的簡單參與，完全形成不了真正意義上的“聯合”。簡單就工作頻段來說，陸軍主要工作在30~88MHz，空軍主要工作在225~400MHz，而海軍則主要以短波(2~30MHz)為主。下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用陸?？杖娚鲜鲞@種簡單的頻段劃分，雖然解決了三軍間的相互干擾問題，但三軍聯合作戰時互通、互聯、互操作問題顯然就很難解決。特別是美軍通過海灣戰爭，充分暴露了軍事通信互通性差、反應速度慢、帶寬太窄、速率太低等一系列影響聯合作戰的關鍵技術問題。1992年，提出軟件無線電的最初設想，并于1995年美國國防高級研究計劃局(DARPA)提出了SPEAKeasy計劃，我們稱之為“易通話”的演示驗證計劃。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用該計劃的最終目的是開發一種能適應聯合作戰(即滿足美軍“2010年聯合構想”)要求的三軍統一的多頻段、多模式電臺，即MBMMR(Multi-BandMulti-ModeRadio)電臺?！耙淄ㄔ挕庇媱澐謳讉€階段來實施，第一階段(SPEAKeasyⅠ)主要完成概念研究和需求論證；第二階段(SPEAKeasyⅡ)則完成模型樣機的開發，并進行靶場演示驗證；第三階段(SPEAKeasyⅢ)則進入裝備研制和采購。目前正處于第三階段即研制開發并裝備滿足三軍裝備需求的聯合戰術無線電系統(JTRS)，并計劃于2004年裝備部隊(由于技術上的原因，該計劃已被推遲)。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用據美軍稱一旦JTRS電臺開發成功，末經特許，任何軍種不得采購其他電臺，也就是說JTRS電臺將成為末來美軍統一的主要戰術通信裝備。美軍的這一行動大大推動了MBMMR電臺的開發進程，也有力促進了軟件無線電技術的發展。下面我們主要介紹SPEAKeasyⅡMBMMR電臺的體系結構以及JTRS的發展狀況。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用8.1.1軟件無線電的先驅——MBMMR電臺MBMMR電臺作為SPEAKeasy計劃的一個中間演示驗證產品是工作在2MHz~2GHz的多頻段多模式電臺，這種電臺不僅能與常規的HF、VHF、UHF電臺通信，而且還能與SINCGARS、Have-QuickⅡ跳頻電臺以及衛星通信終端、Linkll數據鏈終端、EPLRS設備等非常規通信裝備進行話音通信和數據或視頻傳輸，同時還能接入民用蜂窩系統，而且還具備GPS定位和定時同步等功能，MBMMR電臺的組成框圖如圖8-1所示。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用由圖8-1可見，MBMMR電臺的結構與前面介紹的軟件無線電結構是完全類似的。對于接收過程，首先通過接收信道進行頻率變換，把射頻信號變換為中頻信號，然后進行A/U采樣，把模擬信號變換為數字信號；高采樣率的數字信號首先經過預處理，根據所接收的信號帶寬進行抽取濾波，并形成正交基帶信號，然后送到波形處理器進行解調，得到話音或數據、視頻信息。通過波形處理器得到的解調數據并不馬上送到人機接口單元進行監聽或顯示，而是首先經過信息安全性檢測，息安全監控單元的作用主要是進行信息加密和解密，并進行身份合法性鑒定，以確保信息安全。發射過程與接收進程正好相反。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用另外.這種多頻段多模式電臺除了完成一般的通信電臺的功能外，還可以用作無線網關，即在兩個不同制式的電臺之間起到制式轉換的作用，比如Have-Quick電臺與Linkll終端用戶之間的通信就可以通過MBMMR來實現。它首先把Have-Quick的信號接收下來進行解調后，再重新按Linkll的波形要求調制到Linkll終端用戶的頻率上，并發射出去，反之亦然。當然作為網關使用時，必須要求MBMMR電臺要有兩個以上的收/發信道。所以實際開發成功的MBMMR電臺共有6個信道，即4個可編程信道，1個蜂窩信道，1個GPS信道圖8-1只畫出了1個可編程信道，其余3個可編程信道是完全并行的，圖中未畫出。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用MBMMR電臺不僅采用了模塊化設計和標準總線，而且采用開放式結構。這種開放式結構對投資商來說有更大的市場，對用戶來說則有更多的選擇空間(技術、價格、性能、供貨期、服務等)，可以說開放式結構是一種“雙贏”結構，如同目前的PC機市場，用戶和投資商都獲得了極大的利益一樣。所以，末來的軍事通信市場也必然會帶來巨大的“雙贏”局面，并由此而極大地推動軍事通信的快捷發展。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用8.1.2聯合戰術無線電系統(JTRS)聯合戰術無線電系統簡稱JTRS是美軍為適應三軍聯合作戰的需要，實現“2010聯合構想”，在MBMMR的基礎上提出的一種戰術通信系統。系統的構成基礎是基于MBMMR的聯合戰術無線電臺(JTR)。JTR系列電臺以通用、開放的硬件結構為平臺，通過不同的軟件配置可以在所有環境領域(如機載、地面、移動、固定站、海上、個人通信等)中使用。JTR的工作頻段與MBMMR是一樣的，即2MHz~2GHz，具有以下技術特性:即插即用通用性。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用模塊化硬件可現場配置。波形軟件可現場編程。嵌入式定位:自動向網絡輸送態勢感知。保密的數據網絡功能。3個或更多個其他網絡模式。自動區域或互聯網路由選擇。動態網絡連接、尋址和帶寬分配。選定的傳統無線電臺?！皠又型ā惫δ堋ｉ_放式物理結構和軟件結構。適應末來技術、系統和支援作戰結構(可擴展性)上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用JTR電臺的參考模型如圖8-2所示。該模型與圖8-1所示的MBMMR電臺的組成結構是完全類似的。JTR電臺與以往常規電臺的最大不同點是具有很強的網絡功能和信息安全處理能力。由其參考模型可知，JTR電臺內部設置了兩種互連總線即“紅”總線和“黑”總線，“黑”總線用于射頻信號處理，“紅”總線用于系統控制，兩者通過信息安全模塊進行隔離，以確保電臺的信息安全。JTR電臺與MBMMR電臺相比所需支持的信號波形更多更廣泛，如表8-1所示。除了表8-1中所列各種波形外，JTR還應能適應技術發展進行快捷高效的波形升級。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用很顯然JTR電臺如果不基于軟件無線電的設計思想是不可能實現上述要求的，所以軟件無線電是JTR的核心，是JTR的技術基礎。JTRS目前正處于研究和開發過程中，在這個過程中，有兩個聯盟參與競爭一個是以波音公司為首的企業集團，另一個則是以雷神(Raytheon)公司為首的模塊化軟件可編程無線電臺集團(MSRC)。JTRS計劃前期的幾個大事件如表8-2所示。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用由以上我們對JTRS計劃的介紹可以看出，美軍不僅對這種基于軟件無線電技術的聯合戰術無線電臺給予了極高的重視，而且也寄子了很高的期望，因為美軍通過這種多頻段、多模式、多功能的軟件無線電臺的研制能夠取代美國所有軍種中的全部無線電臺系統，以徹底改變現有的通信裝備種類多，維修保障困難等弊端，并使通信裝備水平(互通、互聯、互操作)邁上一個新臺階。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用JTRS計劃的構想最旱是于1997年提出的，旨在使用一種真正的聯合通信能力來取代傳統無線電臺，把各軍種的電臺開發工作整合為一項計劃，實現多軍種的互聯、互通、互操作聯合作戰能力。JTRS的所有產品(如第1章中所介紹的從“CLaater1”到“CLaeter5”適合于多種用途的電臺)都基于軟件無線電實現，因此，與由專用硬件構成的系統相比JTRS無線電系統更具擴展性和升級能力。JTR(聯合戰術無線電臺)的每個信道都能根據任務需求由操作員決定使用特定波形.多信道fTR還能同時執行多個波形。JTR的這種靈活性大大推動了美國國防部早期通信系統的轉型。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用隨著JTRS計劃的向前推進，該計劃的構想也從取代傳統電臺轉變為一種可支持GIG(全球信息柵格)概念的網絡系統，這一重大轉變大大改變了JTRS的角色和意義。目前fJTRS已成為戰術作戰人員接入GIG的通用無線終端，并把JTRS提供的能力稱之為“最后一英里戰術”能力通過整合，JTRS波形也從最初的32種縮減為如下9種:寬帶組網波形(WNW)。士兵電臺波形(SRW)。單信道地面與機載無線電系統(SINCGARS)。上一頁下一頁返回8.1軟件無線電在軍事通信中的應用增強型定位報告(EPLRS)。高頻波形(HF)。UHF衛星通信波形。Link16波形。戰術邊緣聯合機載波形((JAN-TE)。移動用戶目標波形(MUOS)。上一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用軟件無線電概念雖然最旱是為解決三軍聯合作戰時，軍事通信的互通互聯問題而首先提出來的，但經過這幾年的迅速發展.軟件無線電已從軍事研究領域的演不階段發展成為現代移動通信特別是第三、四代移動通信的基石.軟件無線電把硬件作為無線通信的通用平臺，使硬件盡可能地脫離通信體制、信號波形以及通信功能，而盡可能多地用軟件來實現。這樣無線通信系統就具有更好的通用性、靈活性，而且系統升級也變得非常方便。下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用我們知道個人移動通信已從第一代FDMA模擬蜂窩移動通信系統發展到第二代數字蜂窩移動通信系統(GSM、CDMA)，目前正在向第三代(TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA)移動通信系統(3G)全面推廣普及，而第四代移動通信系統標準的制定及其關鍵技術研究也正在進行之中。末來個人移動通信所要達到的目標是:任何人在任何時間、任何地點都可以和任何人進行任何種類(話音、數據、圖像等)的通信(簡稱“5W通信時代”)。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用越來越大的通信需求一方面使通信產品的生存周期縮短，開發費用上升；另一方面，新老體制通信共存，各種通信系統之間的互聯變得更加復雜和困難，所以尋求一種既能滿足新一代移動通信需求，又能兼容老體制，而且更具有擴展能力的新的個人移動通信體系結構成為人們努力的方向。而軟件無線電正好提供了解決這一問題的技術途徑，成為第三代和第四代移動通信系統研究的熱點。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用例如歐洲的ACTS(AdvancedCommunicationTechnologyandServices)計劃中，有三項計劃是將軟件無線電技術應用到第三代移動通信系統中的。FIRST(FlexibleIntegratedRadioSystemsTechnology)計劃將軟件無線電技術應用到設計多頻多模可編程手機(可兼容GSM、DCS1800、WCDMA、現有的大多數模擬體制)。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用FRAMES(FutureRadioWidebandMultipleAccessSystems)計劃目標是定義、研究、評估寬帶有效的多址接入方案來滿足UMTS要求，技術方法之一是采用軟件無線電技術；在美國，研究基于軟件無線電的第三代移動通信系統的多頻段多模式手機和基站，同時還注意到軟件無線電技術與計算機技術的融合，為第三代移動通信系統提供良好的用戶界面。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用如麻省理工學院的SpectrumWare計劃。我國對軟件無線電技術也相當重視，提出了基于軟件無線電和智能天線技術的第三代移動通信系統方案(標準)TD-SCDMA，并把軟件無線電技術在第三代移動通信中的應用課題列入國家863計劃，成為我國第三代移動通信系統的關鍵技術之一引起了通信技術領域科研人員的廣泛重視，開展了大量的研究和應用開發，也取得了不少階段性科研成果。本節將詳細介紹軟件無線電在移動基站及其手機中的應用，探討其實現的技術途徑。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用8.2.1軟件無線電基站接收分系統表8-3給出了各種移動通信系統的工作頻段，占用的總帶寬，信道間隔以及調制方式等。由表8-3可見，蜂窩移動通信系統的工作頻段一般在820~960MHz和1800~2200MHz兩個頻段，如此高的頻率直接進行A/D采樣目前是比較困難的，所以必須首先進行模擬下變頻，把高頻段信號搬移到頻率相對較低的中頻，然后再進行A/D采樣數字化，也就是采用第3章介紹的第三種軟件無線電結構，如圖8-3所示。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用由圖8-3可見，來自接收天線的上行信號，首先經過帶通濾波器濾除帶外信號，然后經過放大和混頻，將射頻信號(820~2200MHz)變換為中心頻率為為f0，帶寬為B(B=20MHz、25MHz、60MHz、75MHz、100MHz)的寬帶中頻信號，并經中頻濾波濾除鏡像頻率，最后進行中頻放大，放大到A/D所需的足夠的信號電平，送到A/D變換器進行采樣數字化。由此可見，圖8-3所示的軟件無線電基站前端電路的一個主要特點是寬帶化，即它把基站所需接收的整個上行頻段同時變換到中頻，實現寬帶處理，當然這種處理方式對A/D變換的要求就比較高了，比如A/D的采樣速率要高，動態范圍要大。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用特別是如果A/D動態范圍(有效位數)做不高，就無法同時接收信號電平相差很大(如80dB)的多個信號，這種寬帶處理模式就無法滿足實際要求了。有關軟件無線電基站的挑戰將在下面詳細討論，這里先不作論述。下面我們討論一下圖8-3中幾個關鍵參數(fs、f0、fL、B)的選取問題。如第2章的討論，采樣頻率fs必須滿足:(8-1)上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用式中，B為中頻帶寬，r為濾波器矩形系數。當中頻濾波器矩形系數r=2時，不同帶寬B所需的采樣速率fs如表8-4所示。由表8-4可見，當中頻帶寬B(也稱瞬時處理帶寬)較大時，所需的采樣速率將接近300MHz，如此高速的A/D變換器同時要滿足大動態(80dB)的要求，在幾年前還是不可想象的。但是隨著微電子技術的發展，最近已出現采樣率達到200MHz以上的商品化16位A/D(理論動態可達到90dB以上0，如表8-5所示。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用采樣率fs確定后，就可根據式(8-2)確定中頻頻率f0：(8-2)式中，n=0，1，2，…為正整數。f0的選取除了要滿足式(8-2)外，另外一個重要原則是要考慮互調產物以及本振反向輻射的影響。因為本振頻率fL與f0的選取有關，由式(8-3)確定:(8-3)上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用式中，fL

為本振頻率，fL為輸入信號頻率，為中頻頻率，取“＋”號時采用高本振(fL＞fi)，取“－”號時采用低本頻(fL＜fi)。為降低低本振反向輻射的影響，本振頻率應滿足：(8-4)式中，fmax、fmin分別為輸入信號的最高和最低頻率，由此可見中頻頻率應滿足：(8-5)上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用Bi為輸入濾波器帶寬(Bi=fmax－fmin)。在進行寬帶混頻時，式(8-3)中的fi應為輸入信號頻段之中心頻率，即：

(8-6)則為了滿足式(8-4)，f0應滿足：

(8-7)上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用同理，無三階互調的條件為：當選高本振時：(8-8)當選低本振時：(8-9)代入式（8-3）~式（8-6）可求得：(8-10)上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用也就是說只要中頻頻頻率f0大于輸入帶寬的1.5倍，就能滿足無本振反向輻射或無三階互調產物的要求。考慮到濾波器矩形系數以及留有一定富裕量，一般可?。築i=2B所以有：f0＞3B比如f0=3B，則當B=100MHz(考慮到可升級，中頻帶寬適當放寬)時，f0可取大于300MHz。比如當我們選取f0=340MHz時，帶通采樣頻率為：(8-11)上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用這時要求抗混疊濾波器的矩形系數小于(272/100—1)=1.72，可見對抗混疊濾波器的要求并不高。最后.我們給出多頻段基站前端的組成框圖如圖8-4所示。這種基于軟件無線電的多頻段寬帶基站前端只需3個點頻本振源(其中的1210MHz點頻分管低端的兩個頻段；另外考慮到帶寬有一定的設計富裕，2087.5MHz小數點頻可以設計為2100MHz整數值；同樣的原因，其他兩個點頻也可以更改為1200MHz和2200MHz)、1個采樣時鐘、1個混頻器以及若干個濾波器、放大器等組成，其結構非常簡單。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用該前端適用于現有幾乎所有移動通信系統GSM、AMPS、TACS、DCS1800、PCS1900等，另外只需增加前端濾波器和本振源就可進行頻段擴展。為使模擬射頻前端設計更具有通用性和可擴展能力，本振可做成頻合器，如圖8-5所示。頻合器工作頻段為3840~4540MHz。由于前端濾波器帶寬為700MHz(采樣2個分段倍頻程濾波器)，所以必須采用二次混頻方案，否則340MHz中頻無法滿足為f0＞3B的要求。圖8-5一中頻選5340/2340MHz，滿足為f0＞3B=3×700=2100MHz的要求；二本振就可以采用整數頻率即5GHz和2GHz，以簡化二本振的實現。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用當輸入信號位于800~1500MHz頻段時，取f0=fL1+fi0=5340MHz，采樣高中頻；當輸入信號頻段位于1500~2200MHz頻段時，取f0=fL1－fi0=2340，采用低中頻(相對輸入頻率而言)。對于現有的移動通信系統，800~2200MHz工作頻段是足夠的，包括3G和末來的4G系統也能覆蓋。當然圖8-5所不的多頻段基站前端設計方案只是設計方案可能的一種，這不是唯一的，也不一定是最佳的設計方案，這里只是作為一個例子介紹一下這種寬帶多頻段前端的設計思路。讀者根據前面介紹的設計原則和基本方法完全可以自行進行設計。下面我們討論A/D采樣數字化后的信號處理部分。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用寬帶射頻信號經過圖8-5所不的基站前端電路處理后，全部統一變換為帶寬為B，中心頻率為f0的中頻信號.經后續的高速A/D采樣數字化后，得到了如圖8-6所示的等效數字譜(圖8-6只畫出了正頻分量，負頻分量是與其對稱的)。由圖8-6可見，在整個取樣帶寬(Nyquisr帶寬)fs/2內，有效帶寬為B，即只對位于B內的信號感興趣，而位于B外的信號是我們不感興趣的帶外干擾信號。當我們對B內的某一信號(圖中不意性地畫出了4個信號，對應的頻率分別為f1、f2、f3、f4)需要對其進行解調分析時，就可以采用前面介紹的軟件無線電接收技術進行數字正交下變頻以及抽取、濾波和軟件解調.其組成如圖8-7所示。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用即A/D采樣信號首先通過兩個正交本振cos(ωin)和sin(ωin)進行正交數字下變頻把B內的某一信號(fi)變換為兩個正交基帶信號x1(n)、xQ(n)，由于信號帶寬B、相對于Nyquist帶寬(fi/2)窄得多，所以可以對高采樣率的基基帶信號進行抽取，以降低取樣率，便于后續進行實時信號處理。抽取與濾波可以采用前面介紹的各種方法來實現如CIC抽取濾波、HB半帶抽取濾波、FIR濾波以及多相抽取技術等。經抽取濾波后獲得的低采樣率基帶正交信號I(m)、Q(m)，再經過卡迪爾(CORDIC)變換:上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用(8-12)求出信號的瞬時包括a(m)，瞬時相位φ(m)和順勢頻率f(m)等特征參數，連同正交基帶分量I(m)、Q(m)共5個信號特征量送到后續的DSP進行解調、分析以及信號參數的估計、測量，最終輸出解調的信息比特流。有關軟件解調算法已在第5章進行了詳細討論介紹，這里就不贅述了。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用以上只簡單地介紹了對單信號的處理解調方法，我們知道作為移動通信系統基站必須具備同時多信號(多用戶)處理能力。為此我們可以采用圖8-7所不的多個單信道軟件無線電接收機來進行并行處理，如圖8-8所示。由圖8-8可見，通過基站接收天線感應的移動通信上行信號經模擬寬帶前端變換為中頻信號后，由高速A/U進行采樣數字化，該數字化信號同時送給多個(比如8~16個)單信道軟件無線電接收機，分別對各自感興趣的信號(由數字正交本振頻率、確定)進行數字下變頻、抽取、濾波以及軟件解調.給出所需的解調信號比特流，送到多信號綜合單元進行合路后再送往BSC(基站控制器)進行后處理。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用圖8-8所示的多通道軟件無線電基站接收分系統，看起來似乎很復雜，而實際上圖8-8中的多信道(8信道)軟件無線電接收機只需一個模塊(一塊PCB)就能實現。比如市場上就有多通道的軟件無線電接收機器件產品，如由(fray公司生產的GC4014、GC1012A可同時處理4路信號，每路采樣率達到了80MHz。另外市場上的各種軟件無線電相關產品也非常之多，如數字正交混頻器、FIK數字濾波、半帶濾波器、抽取濾波器以及用于載波恢復的數字柯斯塔斯環等。而RFEI公司還提供可以實現64路DDL的軟件無線電FPGA核，其組成結構如圖8-9所示。該FPGA核能達到的性能指標如下：上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用FitswithinasingleXilinxVirtex一5SX35FPGATwo16一bADCinputs，Fs＞220MSPS64independentlyconfigurablechannelsInputcrossbarswitchselectseitherADCinputtoanychannelIndependenttuning，gain，samplerateandoutputfilterselectioncontrolsOutputsampleratesfromFs/128toFs/8192Maximumalias-freeoutputbandwidthofFs/320(=625kHzforFs=200MSPS)8programmableoutputshapingfilter上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用Examplefilterperformance:0.ldBpeaktopeakripple,alias-freebandwidth80%ofoutputsamplerateand80dBimagerejectionCentrefrequencytuningaccuracytowithin0.012HzResamplingprovidesanyoutputratetowithin0.012Hz>80dFispuriousfreeendtoendperformanceRcsamplcdoutputmaintains>80dBspuriousfreeperformance0to90dBgainboost上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用采用這些專用產品，并自行研制一些必要的專用集成電路(ASIC)即可實現能滿足需要的軟件無線電基站接收分系統。有了前面幾章介紹的基礎理論知識，讀者自行開展這方面的研制開發工作是不會有困難的，特別是根據第3章介紹的基于多相濾波器的信道化軟件無線電接收機數學模型，也不難開發出能滿足移動通信基站實際需要的多相濾波信道化軟件無線電基站接收分系統。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用8.2.2軟件無線電基站發射分系統如前所述，軟件發射機所基于的基本理論是多速率信號處理中的內插理論，前面第3章介紹的軟件發射機模型同樣適用于軟件無線電基站發射機的設計，在這里主要考慮頻段覆蓋及其實現的可行性、簡單化等工程實現問題。根據前面的討論，我們知道基于射頻內插的軟件發射機組成如圖8-10所示。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用首先把反映調制特征的兩個正交數據a(m)、b(m)通過數字正交調制器調制到載頻ω0上，并通過內插和濾波，得到采樣率為的基帶中頻(中心頻率為/4)信號x(n)，其數字譜如圖8-11(a)所示，也就是說由圖8-10點ICI線框部分產生的基帶信號其頻率不可能太高(理論上的最高輸出頻率為

/2)，必須再經過射頻內插來提高采樣率，如圖8-11(b)所示。對于1倍內插器，相當于把再提高1倍，得到的輸出采樣率fs為:(8-13)上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用這時的輸出信號最高頻率為：

(8-14)圖8-11給出了1=4時的頻譜結構。其中0~/2頻帶即為原基帶信號x(n)，而(k=1,2,…,I—1)頻帶為x(n)的高頻搬移分量，只需用一個帶通濾波器濾出該頻帶內的信號就可獲得其載頻比x(n)高(I—1)倍的高頻信號y0(t)，如圖8-11(b)所示。要注意的是圖8-11中的濾波器可以用窄帶實現，而無須用帶寬為/2的寬帶濾波器實現，只要把窄帶濾波器的中心頻率對準信號頻率f0，濾波器的帶寬不小于信號帶寬即可，如圖8-11(b)所示。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用總之，圖8-10這種完全基于內插上變頻的理想軟件發射機模型，真正實現起來是有一定困難的，尤其是當工作頻率非常高時工程實現的難度將更大。圖8-12給出了一種可實現的基于中頻內插的軟件無線電基站發射機結構。這種結構為了解決射頻內插帶來的超高速U/A以及窄帶濾波(內插“盲區”)等問題，采用了中頻內插方案。通過中頻內插先獲得相對于基帶中頻(/4)比較高的中頻信號(中心頻率為f0)，然后采用模擬上變頻，把中頻信號變換為所需的基站下行信道。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用為簡化基站硬件系統設計，這里的中頻可選擇與前面介紹的軟件無線電基站接收分系統的中頻完全一樣(這樣接收/發射分系統的頻率合成器可以進行統一設計)，比如統一選為340MHz，當

取272MHz時，則中頻內插因子取3，其內插數字譜如圖8-13所示，中心頻率為340MHz的寬帶中頻信號與本振頻率為f0的本振信號混頻后就可得到所需的基站下行信道。有關軟件無線電基站發射機的頻率關系與接收機是類似的，這里就不多介紹了(注意實際中須采用二次上變頻)。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用跟基站接收分系統一樣，基站發射分系統也必須具有多信道(多載頻)同時發射能力。下面就討論多信道軟件無線電基站發射分系統的組成結構。一種比較理想的多信道軟件無線電基站發射分系統的結構模型如圖8-12所示。它首先把由多個軟件無線電中頻發射機(見圖8-12點畫線框部分所示，注意是帶中頻內插的)輸出的數據進行合成(相加)，然后統一送到D/A進行數模變換，得到寬帶中頻信號x0(t)，該信號再經過上變頻(混頻)變換為所需的射頻信號。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用這種比較理想的多信道軟件無線電發射機主要存在兩個問題:一是D/A的動態范圍需要提高20IgMdB(M為信道數)，比如當M=2時，須提高6dB，相當于增加1位分辨率，當M=16時，則須提高24dB，相當于增加4位分辨率。所以當信道數太多時，這種結構就不適用了(D/A分辨率滿足不了要求)。二是進入模擬混頻器的信號不再是單信號而是多個信號，這就要求混頻器也要具有更高的動態范圍，線性度要更好。對應這兩個問題，分別可以有兩種解決方案:當D/A無法滿足要求，而混頻器線性度能滿足要求時，可采用圖8-15所示的實現方案；當混頻器線性度也無法滿足要求時，則可采用圖8-16方案。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用這兩種方案的實現原理是顯而易見的，這里就不贅述了，當然這兩種方案的復雜性顯然是大大地增加了。前面我們比較詳細地介紹了軟件無線電基站發射分系統的結構模型以及釗對工程實現上存在的問題提出的改進設計方案，初看起來這種結構是比較復雜的，但實際上圖8-14~圖8-16中所示的軟件無線電中頻發射機模塊并不復雜，比如我們用HSP50215實現的輸出頻率為65MHz的中頻發射機只需一塊很小的PCB，即使實現16路也不復雜，特別是市場上還推出了由Gray公司生產的生路基頻發射機芯片，軟件化中頻發射機的體積將會更小，使用會更方便，實現這樣一種多信道無線電基站發射機也將指日可待。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用軟件無線電基站發射分系統除了采用上面介紹的多通道并行發射機體制外，也可以采用第3章介紹的信道化發射機數學模型，研制滿足基站要求的發射分系統，有關這方面的討論這里就不進行了，讀者可根據第3章的介紹自行分析研究。8.2.3軟件無線電基站的技術挑戰從前面我們對軟件無線電基站的介紹可一以看出，基于軟件無線電概念的這種基站設計思想是一種非常有吸引力，也是很有前途的設計思路。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用概括一句話，這種軟件無線電基站就是一種多頻段、多模式、多功能、可擴展的“軟”基站或叫“智能”基站(SmartBaseStation)，它根據不同時間、不同環境、不同的用戶，選擇最佳的工作頻段和工作模式與用戶進行信息交換，以期極大地提高通信質量和服務質量。所以，這種智能基站(SBS)將成為末來移動通信的發展主流。軟件無線電基站或稱SBS基站的優越性是顯而易見的，但就目前技術水平，要比較理想地實現SBS基站還有很多技術難題需要加以攻克和解決，可以說機遇與挑戰并存。這些富有挑戰的關鍵技術主要包括以下幾方面。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用①寬帶模擬部件，如寬帶頻合器、寬帶功放、寬帶天線、寬帶環形器(或天線收/發共用器)等。軟件無線電的一個主要特點是多頻段、寬帶化，這就要求上述部件必須具有寬帶特性。比如功放、天線、環形器要有近3個倍頻程的工作帶寬(800~2200MHz)。另外對低噪聲放大器、混頻器等也相應提出了寬頻帶的性能要求，以往那種只為某一頻段設計的器件在軟件無線電基站中就都不適用了。所以，軟件無線電對寬帶部件或器件的研制提出了新挑戰。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用②動態要求大大提高。由于軟件無線電基站采用寬帶設計，中頻帶寬都很寬(比如100MHz)，使得同時進入中頻通帶內的信號比一般的窄帶中頻(鎮200kHz)多得多，而且信號電平相差十分懸殊，可達80dB以上。在共用前端信道時，這種寬帶設計就無法采用AGC實現大動態.必須保證整個接收通道包括放大器、混頻器、ADC、DAC以及后續的信號處理單元等，都要有足夠大的瞬時動態范圍，否則小信號就有可能被大信號所“吞沒”，或者由于存在多個大信號而產生非線性互調失真，產生大量的虛假信號，使系統無法正常工作。特別是研制適合軟件無線電基站發射分系統的大動態DAC和高線性度的混頻器與功率放大器是關鍵。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用所以，軟件無線電基站對接收系統的動態范圍尤其是瞬時動態范圍提出了更高的要求，是軟件無線電所面臨的又一嚴峻的技術挑戰。③軟件無線電基站的體系結構尚不十分明朗，還有待進行更深入的研究?；谲浖o線電的移動通信基站無論是硬件平臺還是軟件體系結構與常規的基站相比存在明顯的不同點，其主要特征是多頻段、多模式、多功能、可擴展，而且智能化。為使軟件無線電基站具有這些特征，現有的這種只能適應單頻段、單模式、功能少、擴展性差，更談不上智能化的基站體系結構顯然是無法滿足上述要求的。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用比如目前現有的移動通信基站無論是頻段的改變，還是制式的變化(比如從模擬到數字，從FDM到TDM，從TDM到CDMA，從CDMA到TD-SCDMA)，都必須更換新的硬件平臺，這不僅極大地浪費資金，而且給用戶也帶來極大的不便。所以研究開發一種能適應軟件無線電基站特征的新的體系結構將是軟件無線電基站所面臨的又一技術挑戰。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用研究的主要內容包括:通用性可擴展基站硬件平臺結構；適用于基站的軟件無線電“操作系統”，基于這種開放性的操作系統開發商可以開發各種新制式、新功能的基站軟件供用戶(投資商)選用或升級；用戶軟件的空中下載技術，該技術可為用戶提供用戶自身所需的各種通信制式或功能，而不像現在可以說是移動通信服務商決定一切，這種方式也可稱之為移動通信的“點播服務”。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用④采用軟件無線電技術來設計基站與常規設計會有很多特殊性和不同的技術要求，必須盡快研究制定相關標準，才能真正發揮軟件無線電的優勢和內在潛力，并引導和推動軟件無紅電基站的技術研究和產品開發。而標準的制定是一項系統工程.不僅涉及技術方面，更涉及管理和政策層面，面臨的挑戰將會更大。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用8.2.4軟件無線電手持終端(移動手機)軟件無線電在移動通信中的應用的另一個方面就是多頻多模手機一旦這一技術開發成功，將會產生巨大的經濟效益。所以歐洲委員會于1995年開始實施的FIRST(靈活綜合的無線電系統技術)計劃，旨在把真正的軟件無線電臺的靈活性用于新一代的UMTS(通用移動電話系統)，而且這項計劃以手機應用開發為主，研究內容主要包括以下幾個方面:上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用射頻發射機結構。射頻接收機結構。頻率合成器結構。DSP/基帶處理硬件。DSP軟件，包括算法與編碼。多媒體設備，包括低通視頻編碼與傳輸。末來的軟件無線電結構。VLSI實現問題。標準問題。網絡運算商/用戶需求。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用基于軟件無線電的通用手機原理框圖如圖8-17所示，根據前面的討論，該原理框圖是容易理解的。但是作為手機由于對體積功耗、成本等都有非常苛刻的要求，所以基于軟件無線電的通用手機在其技術實現上更富有挑戰性，比如小型寬帶手機天線，低插損小型雙工器，低插損接收/發射濾波器，小型化低相噪本振頻合器(注意該頻合器產生的上下混頻本振頻率有一個上下信道的頻率差)，低功耗的高速A/D、D/A與數字上/下變頻器等都將成為實現軟件無線電通用手機的技術關鍵或難點。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用這種通用手機比較理想的基本技術規范可概括成表8-6所示，雖然在現有技術條件下要達到表8-6所示的通用手機技術規范是存在相當難度的，就拿頻率覆蓋范圍來說，要做到100MHz~2.2GHz，其模擬前端(天線、雙工器、濾波器、本振)實現起來就非常困難，尤其是要達到手機產品所要求的小型化、低功耗.其技術難度會更大。目前一種比較可行的頻率覆蓋范圍是覆蓋兩個主頻段即400~1000MHz和1600~2200MHz，這時的頻率合成器覆蓋范圍為1000~1600MHz(步進10MHz，上下變頻有一個上下信道頻率差)，相對也較容易實現，但需采用二次變頻方案，其組成結構如圖8-18所示。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用圖8-18所示雙頻段軟件無線電通用手機前端設計方案能覆蓋現有大部分移動通信頻段，特別是2G、3G移動蜂窩系(GSM、AMPS、TACS、DSC1800、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等)以及末來4G系統，該方案雖然不能覆蓋1.0~1.6GHz頻段，但目前該頻段并末被世界無線電管理大會(WARC‘92)劃入移動通信工作頻段，所以圖8-19所示雙頻段方案至少在相當長的一段時間內具有較強的通用性和適應能力，而且具有較強的可擴展性，因為只需更換一本振以及收/發濾波器、天線等就能擴展頻段，滿足末來發展之需要。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用該方案信道帶寬設計成100MHz(相對應的采樣頻率為272MHz)能充分滿足末來3G/4G系統的最大信道帶寬要求。為適應通用手機功能頻段擴展以及升級換代之需要，這種通用手機可照模塊化結構進行設計，如圖8-19所示，即把通用手機分成四大模塊:信道模塊、本振模塊、DSP模塊和電源模塊。如果須對某一功能或頻段進行擴展或升級只需在相應的模塊上進行，這不僅大大縮短開發周期，而且節約成本，提高效益。上一頁下一頁返回8.2軟件無線電在移動通信中的應用從前面對軟件無線電通用手機組成原理的介紹可以看出，這種基于軟件無線電原理的通用手機設計思想極具吸引力，但面臨的技術挑戰也是非常之大的，特別是手機產品與基站相比在體積、功耗、成本等方面的特殊要求，設計開發這樣一種軟件無線電通用手機的技術難度摘更大，特別是收/發濾波器、寬帶高隔離度低插損雙工器等部件的研制開發是實現軟件無線電通用手機的技術關鍵，甚至可能會成為技術障礙。所以，加強對上述軟件無線電關鍵部件的研究與開發是使軟件無線電通用手機能早日進入市場的關鍵所在。上一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用軟件無線電的概念雖然最早是從通信領域產生并迅速發展起來的，而且目前的研究熱點也在通信領域，但是軟件無線電這種新概念、新思想及其現已逐步形成的新理論、新技術在電子戰中也有廣闊的應用前景。我們知道電子戰最主要的特點是頻段寬(幾乎覆蓋整個無線頻段)，待處理的信號種類多，而且是處于非合作條件下的工作。目前的電子戰系統往往是在已知或者在事先假設的幾種信號樣式下進行偵察截獲和分析處理的，一旦目標信號特征或通信方式發生變化，系統就無能為力。面對新的信號環境和不同的戰術需求，必須研制開發新的電子戰系統來適應這種變化，帶來的后果不僅僅是提高了裝備費用，而且往往會誤失戰機。下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用所以，研究開發一種工作頻段寬，波形適應能力強，可擴展性好，既能適應通信信號，也能適應雷達信號，還能適應導航和敵我識別信號的多功能綜合電子戰系統是現代信息戰爭的必然要求，軟件無線電恰好是解決這一問題的最佳技術途徑。下面就介紹軟件無線電在電子戰中的應用。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用8.3.1軟件無線電偵察接收機軟件無線電偵察接收機是指基于軟件無線電原理而實現的用于對目標信號進行分析識別、特征提取和參數測量，對通信信號還能解調信息的電子戰偵察分析接收機。這種接收機不僅能對各種通信信號(包括衛星通信信號、遙控遙測信號)進行偵察分析，也能對雷達信號、導航信號或者是敵我識別信號進行偵察分析，是一種多頻段、多模式、多功能的電子戰接收機。這種接收機對波形的適應性要求更高，對信號分析處理的功能要求更強，而且頻帶要求也更寬。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用如前所述，這種電子戰接收機由于覆蓋幾乎整個無線電頻段，即從短波一直到毫米波(0.1MHz~60GHz)，所以采用第2章介紹的射頻直接采樣技術來對射頻信號進行數字化目前是不現實的，必須借助模擬處理技術把寬帶射頻信號變換為適合于A/U采樣的中頻信號，然后進行采樣數字化，即采用第3章介紹的軟件無線電第三種結構，其組成如圖8-20所示。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用圖8-20中A/D之前的分頻段天線、模擬前端電路、模擬中頻變換電路都是為了適應寬頻段的要求而設置的模擬信號處理環節，0.1MHz--60GHz如此寬的頻段用一個通道來實現顯然是非常困難的，所以在圖中的模擬處理環節ICI出了多個通道(多個一中頻).對應不同的頻段，如0.1一2000MHz，2~4GHz，4~8GHz，8~16GHz、16~30GHz、30~60GHz?？罩须姶判盘柾ㄟ^天線感應形成電壓被送到模擬前端電路進行濾波、放大和混頻，被變換為一中頻信號一中頻信號的中頻頻率將根據不同的頻段選取不同的頻率值，以能較好地滿足互調抑制、中頻抑制、鏡像抑制等要求。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用不同的一中頻信號再經過中頻變換模塊變換為統一的二中頻信號，二中頻之頻率為固定值，設其為f0(見圖8-20)，帶寬為B。中心頻率為f0的二中頻信號被放大到足夠電平后，送到高速A/D進行采樣數字化，高速A/D數據再送到后續的正交數字下變頻單元(DDC)，進行正交變換和采樣率變換(抽取)，得到與信號帶寬相適應的正交低速率的數字信號，以便于后續的DSP進行信號特征的提取與分析識別和參數測量，對通信信號則可進行解調偵收。下面我們舉一例子來說明這種電子戰軟件無線電接收機的設計方法。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用設中頻帶寬h=200MHz，根據帶通采樣公式:(8-15)

(8-16)如果為f0取750MHz，則fs可取600MHz(n=2)，則要求抗混疊濾波器之矩形系數小于2，是容易實現的。而200MHz的中頻帶寬不僅能涵蓋通信信號，也基本上能涵蓋常規的雷達信號以及其他無線電信號但采樣率達到600MHz、模擬帶寬近1GHz的ADC目前情況下只能在12位以下，動態可以做到60dB，也基本能滿足通信偵察對動態范圍的要求。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用根據所選擇的中頻頻率以及中頻帶寬等基本參數就可以參考8.2節進行模擬射頻前端的設計了，這里不再討。圖8-20中數字正交下變頻(DDC)的作用是進行數字正交混頻和采樣率變換，其組成如圖8-21所不采樣率變換可以采用第2章介紹的各種方法(CIC、HB、FIR)來實現，所需的最大變換比(抽取因子)Imax由式(8-17)確定：(8-17)上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用式(8-17)中fmax為輸出的最低采樣率，它取決于所接收信號的最小帶寬Bsmin，兩者的關系為：(8-18)式中，r為數字濾波器的矩形系數，代入上式可得：

(8-19)設Bsmin=1kHz，r=3代入可得：上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用也就是說為了能使該軟件化接收機能對信號帶寬為1kHz的通信信號進行接收，其最大抽取因子將達到50000倍.如此大的抽取因子必須采用多級級聯來實現。比如一個最高抽取率為65536的取樣率變換實現過程如圖8-22所示。其中5級CIC抽取器可實現1~32倍抽取，5級半帶濾波抽取器也可實現1~32倍抽取，而256抽頭的FIR抽取器可實現1~64倍抽取，最大抽取因子為:各種抽取器的實現方法第2章已作了詳細介紹，這里就不贅述了。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用經過取樣率變換后得到的低采樣率數據被送到CORDIC直角坐標到極坐標變換單元進行瞬時幅度a(m)，瞬時相位φ(m)，和瞬時頻率f(m)的特征提取，即完成下述運算:(8-20)瞬時特征的提取采用FPGA或ASIC來實現。這三個特征量連同兩個基帶正交分量I(m)、Q(m)共5個特征參數再送到后續信號處理單元完成信號參數測量、解調等功能。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用因為我們知道任何一個無線電信號均可以用上述5個特征量來描述，所以上述處理方法具有廣泛的波形適應性和可擴展性，只需增加信號分析處理軟件就能實現對不同樣式，不同體制信號的偵察分析。圖8-23~圖8-26分別給出了AM、FM、PSK以及線性調頻(Chip)信號的瞬時特征，由圖可以清楚地看出這幾種信號之間存在的明顯特征差異，根據這些差異通過對瞬時特征量的統計分析就可對其進行識別，識別出相應的信號樣式(體制)后，進而就可進行參數測量和解調偵收，完成電子戰偵察分析的全部功能。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用前面主要討論了圖8-20所示的基于軟件無線電的電子戰接收機用于信號分析識別和解調偵收的實現原理，實際上該接收機同樣可以用來進行快速搜索，實現對全頻段信號的偵察監視。實現方法就是對圖8-21的輸出I/Q寬帶數據(這時需要選擇2倍抽取)直接進行FFT，以獲得中頻帶寬內的信號頻譜；同樣，通過增加信道數并進行FFT相位提取，就可以實現相位干涉儀測向功能?？梢?基于軟件無線電的電子戰接收機不僅能完成信號偵收解調、分析識別以及信號參數估計等功能，而且在同一個硬件平臺上還可以完成寬帶全景搜索截獲以及測向(定位)等功能，從而可以取代以往的搜索接收機、監聽接收機、分析接收機、測向接收機等多種型號的接收機，實現偵測一體化。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用由以上分析介紹可以看出，這種基于軟件無線電原理的電子戰偵察接收機.不僅具有廣泛的波形適應性，信號帶寬適應性(通過選擇不同的抽取比來實現)，而且具有很強的功能可擴展能力，而這種適應能力或可擴展性完全都是建立在同一硬件平臺上，通過加載不同的分析處理軟件來完成的。所以，我們有理由相信這種軟件化電子戰偵察接收機將是末來綜合電子戰系統的發展方向。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用8.3.2基于多相濾波的電子戰信道化接收機8.1節介紹的軟件無線電偵察接收機的一個主要缺點是同時多信號處理能力比較弱，同一時刻只能處理一個信號，對多信號的處理只能采用流水作業的辦法進行時分處理，這對電磁環境越來越復雜的信息化戰場是不適應的。解決的辦法之一是采用多臺接收機并行工作，這顯然會增加系統的復雜度，提高系統成本。解決的第二個辦法是多信道并行處理，增加單臺接收機的處理容量，如圖8-27所示。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用圖中A/D采樣數字化后的數據同時送給多個數字處理模塊(由數字下變頻、特征提取、DSP軟件等組成)，分別對中頻帶寬B內的多個信號同時進行分析處理，每個數字處理模塊對中頻帶寬內的哪一個信號進行分析，取決于所設置的數字下變頻器的本振頻率。這種多信道并行處理結構雖然能解決多信號的同時處理問題，但它是以增加信號處理的復雜度，提高成本來換取的。下面我們介紹一種基于多相濾波技術的數學信道化接收機結構，這種結構將有助于降低復雜度，提高實時處理能力，特別是全概率截獲能力。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用基于多相濾波技術的數字信道化接收機結構模型已在第3章3.4節進行了詳細討論，如圖3-26所示。該模型把經過A/D采樣后的高速率寬帶(總帶寬為fs/2)數字信號x(n)通過多相抽取濾波和DFT變換為D個并行的窄帶信道輸出，每個信道的帶寬為。圖中的hρ(m)(ρ=0，1，2，...，D一1)為其原型濾波器h(n)的多相分量，理想的原型濾波器h(n)之幅頻特性滿足:(8-22)上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用如圖8-28(a)所示。要逼近這種理想濾波器.所需的階數是比較大的，但實際上可以考慮相鄰信道可以有部分重疊，不會影響信道化接收機的檢測性能。所以，抽取低通濾波器的頻率響應可以如圖8-28(b)所示，即在2.5~5MHz可以有一個過渡帶。(注意:這附圖8-26中的2倍抽取不復存在。為什么?)這我們用Matlab中的remezord函數可以求出采用最佳逼近最大最小準則算法所需的原型濾波器階數N，其中remezord函數中的參數為:上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用式中，[2.55]表示通帶截止頻率為2.5MHz，阻帶截止頻率為5MHz；[10]表示通帶幅度，阻帶幅度為[0.0010.001]表示通帶、阻帶波動均為0.001；640為采樣頻率(MHz)。求出濾波器之階數N(834)后，根據Matlab中的濾波器設計函數remez就可求出沖激響應h(n)(0≤n≤N—1)：h(n)=remez(n，f0，m0，w)。抽取濾波器的時域、頻域特性如圖8-29所示。求出原型抽取濾波器h(n)后，再計算多相濾波器hρ(m)：(8-23)上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用式中，D=64，64個分支濾波器之階數為N/D=834/64≈13。求出多相濾波器hρ(m)后，實現圖所示的多相濾波數字信道化接收機的頻率特性如圖8-30所示。它用帶寬為5MHz(矩形系數為2)的64個數字濾波器把320MHz的總帶寬劃分為64個信道輸出，每路信道帶寬為5MHz(底部帶寬為10MHz)，每個信道的數據輸出速率由原來的640MHz降低為10MHz，但要注意這時每個信道將有正交兩路輸出即輸出的是復基帶信號。這種多相濾波信道化接收機具備全概率信號截獲能力，即只要信號在0~320MHz頻率上出現，就會在對應的信道上有輸出(注意在比鄰的三個信道上會同時有輸出，通過判決就能確定是在哪個信道上出現信號)，不會出現漏檢或漏警。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用上面介紹的這種64路數字信道化接收機.根據目前的微電子技術水平，做成單片集成電路還是完全可能的。所以，基于多相濾波的數字信道化接收機將有廣闊的應用前景，尤其是用于通信電子戰中對跳頻信號的快速搜索以及雷達對抗中對捷變頻雷達信號的全概率截獲等都具有很高的應用價值。有理由相信，在不遠的將來這種基于多相濾波的信道化接收機將是末來綜合電子戰接收機的發展方向。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用用8.3.3軟件無線電干擾發射機軟件無線電技術在電子戰中的另一個應用就是實現軟件化(或叫由軟件定義)的電子戰下擾發射機。這種軟件無線電干擾發射機在一個通用可擴展的硬件平臺上，采用軟件實現各種干擾樣式的形成以及干擾信號的整個產生過程。開放式的硬件平臺只涉及發射信號的載頻(外部)特征，發射信號的內部特征完全由不同的軟件來定義。載頻特征一般來講是相對固定的，而由軟件定義的內部特征(干擾樣式)可以升級換代，以適應目標信號特征的千變萬化。軟件無線電干擾發射機的原理框圖如圖8-31所示。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用圖8-31中所示為干擾發射機的通用硬件平臺.有關數字上變頻(DUC)和模擬上變頻的實現方法與本章8.1，8.2節介紹的方法是類似的，這里就不贅述了。駐留在干擾樣式產生模塊中的DSP軟件的作用就是產生兩個反映干擾信號內部特征的正交數據I(m)、Q(m)，它們由式(8-24)、式(8-25)產生:(8-24)(8-25)式中，a(m)、φ(m)分別為發射信號J(n)的幅度和相位，如式(8-26)所示:(8-26)上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用注意基帶或零中頻的低速率已調正交信號I(m)、Q(m)必須通過內插進行采樣率轉換，使其與發射信號J(n)的速率相一致。式(8-26)中的載頻ω0的可變范圍將由圖8-31中的上變頻器決定，最終的發射載頻f0還取決于模擬上變頻的本振工作頻率。有關針對不同的信號樣式(AM、FSK、ASK、PSK…)如何產生I(n)、Q(n)的方法已在第5章作了詳細討論，這里僅就如何產生噪聲調頻干擾信號作為一個例子進行簡單介紹。對于噪聲調頻干擾信號有:(8-27)上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用其中noise(m)為隨機噪聲采樣序列，Fs為基帶采樣頻率，kΩ為最大角頻偏。調頻干擾信號帶寬可以確定采樣頻率Fs，如果調頻信號帶寬為30kHz，根據所需產生的Fs=60kHz；最大角頻率kΩ有信號帶寬決定：(8-28)(8-29)F為調制噪聲頻譜中的最高頻率，k為最大頻偏。如果F=3kHz，則：上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用需要注意的是，在式(8-29)中的噪聲采樣序列noiae(m)是采樣率為Fs的采樣值，它是不能直接用隨機數產生函數(如Matlab中的randy函數)來產生的，要不然產生的隨機調制噪聲的最高頻率將達到Fs/2(30kHz)，而不是前面所假設的3kHz(對應的采樣率為6kHz)。所以，為了得到采樣率為Fs、最高頻率為3kHz低頻噪聲，首先必須進行內插，如圖8-32中的IB倍內插，即把Fs=6kHz低采樣率的低頻噪聲變換為采樣率為Fs=60kHz的低頻噪聲，即需進行10倍內插，則IB=10。整個實現過程如圖8-32所示。上一頁下一頁返回8.3軟件無線電在電子戰中的應用得到60kHz采樣率的低頻噪聲后.再按照式(8-27)計算相位，形成調制相位序列(m)，最后通過正交基帶信號形成(可以采樣前面介